高考物理总复习 专题十三 第3讲 热力学定律 能量守恒配套课件.ppt

第3讲 热力学定律能量守恒 考点1 热力学第一定律 1 改变物体内能的两种方式的比较 3 热力学第一定律 1 内容 物体内能的增量 u等于外界对物体做的功w和物体吸收的热量q的总和 2 表达式 w q u 2 温度 内能 热量 功的区别 3 符号法则 功w 0 外界对系统做功 w 0 系统对外 界做功 吸 放 热量q 0 物体 热 q 0 物体 热 内能 u 0 内能增加 u 0 内能减少 在应用热力学第一定律时 应注意分清w q的正负号 以便准确地判断 u的正 负 容易出错的几种特殊情况 1 若是绝热过程 则q 0 w u 即外界对物体做的 功等于物体内能的增加 2 若过程中不做功 即w 0 则q u 物体吸收的热 量等于物体内能的增加 3 若过程的始末状态物体的内能不变 即 u 0 则w q 0或w q 外界对物体做的功等于物体放出的热量 自主检测 1 2013年湖南模拟 如图13 3 1所示 导热气缸开口向下 内有理想气体 缸内活塞可自由滑动且不漏气 活塞下挂一个砂桶 砂桶装满砂子时 活塞恰好静止 现在把砂桶底部钻一 小洞 细砂慢慢流出 并缓慢降低气缸外部环境温度 则 a 可能是气体压强减小 内能增大 b 可能外界对气体做功 气体温度降低 c 可能是气体压强减小 体积不变 内能减小d 可能气体对外界做功 气体内能一定减小 图13 3 1 解析 设活塞重力为g 横截面积为s 大气压为p0 则以活塞为研究对象 根据二力平衡得到 气缸内气体的压强p 外界对气体做功 由于气缸是导热的 气体的温度与环境相等 缓慢降低气缸外部环境温度 其内能减小 温度降低 故选b 答案 b 考点2 热力学第二定律 能量守恒定律 1 热力学第二定律 1 两种表述 自发 按热传递的方向性来表述 热量不能 地从低 温物体传到高温物体 不产生其他影响 按机械能与内能转化过程的方向性来表述 不可能从单一热源吸收热量 使之完全变成功而 2 热力学第二定律的意义 揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性 是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律 3 热力学第二定律的微观解释 一切自然过程总是沿着分子热运动的 性增大的 方向进行 这是热力学第二定律的微观意义 无序 从微观的角度看 热力学第二定律是一个统计规律 一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展 而熵值较大代表着较为无序 所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展 2 能量守恒定律 1 内容 能量既不能凭空产生 也不能凭空消失 它只能从一种形式转化为另一种形式 或者从一个物体转移到另一个物体 在转化或转移的过程中其总量 这就是能量 的转化和守恒定律 保持不变 2 对能量守恒定律的理解 某种形式的能量减少 一定有其他形式的能量增加 且减少量与增加量相等 某个物体能量的减少 一定存在其他物体能量的增加 且减少量和增加量一定相等 在利用能量转化与守恒定律解题时 要注意先搞清过程中有几种形式的能量在转化或转移 分析初 末状态确定 e增 e减各为多少 再由 e增 e减列式计算 3 两类永动机的比较 自主检测 2 2013年深圳一模 下列说法正确的是 a 液体中悬浮的微粒越大 布朗运动越显著b 两分子间距离增大时 分子间引力增大 斥力减小c 第二类永动机不可能制成 因为它违反能量守恒定律d 由热力学第二定律可知 热机效率不能达到100 答案 d 热点1 热力学第一定律的理解与应用 热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表现 它否定了创造能量和消灭能量的可能性 从而否定了第一类永动机 例1 2013年珠海二模 某压力锅的结构如图13 3 2所示 盖好密封锅盖 将压力阀套在出气孔上 给压力锅加热 当锅内气体压强达到一定值时 气体就把压力阀顶起 假定在压力阀被顶起时 停止加热 此后对锅内气体 下列说法正确 的是 图13 3 2 a 气体要吸热 b 外界要对气体做功 c 气体的分子平均动能将增大d 气体的内能将减小 思路导引 根据热力学第一定律分析内能变化 结合查理定律得出当压力阀被顶起时锅内气体的温度的变化 解析 停止加热后锅内气体要放热 温度降低 分子平均动能减小 气体对外界做功 气体内能减小 d正确 答案 d 方法技巧 知道热力学第一定律 u w q的物理意义是 解题的关键 触类旁通 1 双选 2014年广州一模 如图13 3 3所示为某压力锅的结构简图 将压力阀套在出气孔上 给压力锅加热 在气体把 图13 3 3b 内能不变d 分子平均动能增大 压力阀顶起之前 锅内气体 a 压强增大c 对外界做正功答案 ad 热点2 热力学第二定律的理解 两种表述 1 热不可能自发地 不付出代价地从低温物体传到高温物体 不可能使热量由低温物体传递到高温物体 而不引起其他变化 这是按照热传导的方向来表述的 2 不可能从单一热源取热 把它全部变为功而不产生其他任何影响 这是从能量消耗的角度说的 它说明第二类永动机是不可能实现的 热力学第二定律是热力学的基本定律之一 它是关于在有限空间和时间内 一切和热运动有关的物理 化学过程具有不可逆性的经验总结 在第一种表述中 指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移 而不能由低温物体自发地向高温物体转移 也就是说在自然条件下 这个转变过程是不可逆的 要使热传递方向倒转过来 只有靠消耗功来实现 在第二种表述中指出 自然界中任何形式的能都会很容易地变成热 而反过来热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能 从而说明了这种转变在自然条件下也是不可逆的 热机能连续不断地将热变为机械功 一定伴随有热量的损失 热力学第二定律和热力学第一定律不同 热力学第一定律否定了创造能量和消灭能量的可能性 热力学第二定律阐明了过程进行的方向性 否定了以特殊方式利用能量的可能性 例2 2013年怀化一模 关于热力学现象和热力学规律 下列说法正确的是 a 根据热力学第二定律可知热量能够从高温物体传到低温物体 但不可能从低温物体传到高温物体b 用活塞压缩气缸内空气 对空气做功2 0 105j 同时空气内能增加了1 5 105j 则空气从外界吸收热量0 5 105jc 物体温度为0 分子平均动能为0d 自然界中符合能量守恒定律的宏观过程不一定能自然发生 审题突破 解答本题需掌握 1 热力学第一定律公式 u w q 2 热力学第二定律 不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响 不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响 3 气体压强是分子对容器壁的频繁碰撞引起的 取决于分 子热运动的平均动能和分子数密度 解析 根据热力学第二定律可知热量能够自发地从高温物体传到低温物体 但不可能自发地从低温物体传到高温物体 故a错误 用活塞压缩气缸内空气 对空气做功2 0 105j 同时空气内能增加了1 5 105j 根据热力学第一定律公式 u w q 吸收热量为 q u w 1 5 105j 2 0 105j 0 5 105j 负号表示实际是放出热量 故b错误 物体温度为0 热力学温度为273k 分子热运动平均动能与热力学温度成正比 不为零 故c错误 自然界中符合能量守恒定律的宏观过程不一定符合热力学第二定律 故不一定能自然发生 故d正确 答案 d 方法技巧 本题考查了热力学第一定律 热力学第二定律 温度的微观意义 气体压强的微观意义等 知识点多 难度小 记住基础知识是关键 触类旁通 2 2012年上海宝山区一模 用隔板将一容器隔成a和b两部分 a中盛有一定量的气体 b为真空 如图13 3 4甲所示 现把隔板抽去 a中的气体将自动充满整个容器 如图乙所示 这个过程称为气体的自由膨胀 则关于气体的自由膨胀下列说 法正确的是 图13 3 4 a 在自由膨胀过程中 所有气体分子的运动方向相同b 在自由膨胀过程中 只要把握好隔板插入的时机 全 部气体就能到达b部分 c 气体充满整个容器后 只要时间足够长 还能全部自 动回到a部分 d 气体充满整个容器后 b部分中的某些气体分